3

POLITECHNIKA RZESZOWSKA Katedra Podstaw Elektroniki INSTRUKCJA NR4 MD, 2006/7

TRANZYSTOR BIPOLARNY - CHARAKTERYSTYKI STATYCZNE ORAZ PRACA W UKŁADZIE WZMACNIACZA

Cel ćwiczenia: Pomiar i analiza charakterystyk statycznych tranzystora bipolarnego npn lub pnp pracującego w układach wspólnego emitera (WE) lub wspólnej bazy (WB). Zapoznanie studentów z możliwościami pracy tranzystora jako wzmacniacza małych sygnałów.

A) Zadania do samodzielnego opracowania przed zajęciami: Zapoznanie się z treścią poniższej instrukcji Zapoznanie się z teoretycznymi podstawami działania tranzystora bipolarnego. Przygotowanie - narysowanie schematów układów do pomiaru charakterystyk statycznych. Przemyślenie sposobu pomiaru charakterystyki przejściowej i częstotliwościowej wzmacniacza jednotranzystorowego w układzie wspólnego emitera. Zapoznanie się z definicjami parametrów modelu hybrydowego tranzystora. Wyjaśnić rolę poszczególnych elementów w układzie wzmacniacza jednotranzystorowego z rys. 8).

B) WPROWADZENIE

W tranzystorze n-p-n złącze n⁺-p⁺ jest nazywane złączem emiterowym (sterującym), a obszar n emiterem (+ oznacza silne domieszkowanie danego obszaru) Zadaniem emitera jest wstrzykiwanie elektronów do obszaru p^ł zwanego bazą. W bazie elektrony stanowią tośniki mniejszościowe, i większość z nich uczestniczy w prądzie zaporowym drugiego złącza nazywanego złączem kolektorowym. Ob-izar n tego złącza nazywa się kolektorem

Rys. 1 Idea budowy tranzystora n-p-n, (układ WB), a) polaryzacja dla układu WE w stanic aktywnym normalnym; b) rozpływ prądów tranzystorze:    I-ułamek liczby elektronów ulegających rekombinacji w bazie

2-    elektrony wstrzyknięte do bazy i osiągające obszar kolektora

3- nośniki generowane termicznie - zaporowy prąd złącza kolektora

4- dziury dostarczane przez końcówkę bazy rekombinujące z elektronami

5- dziury dyfundującc z bazy do emitera

IcfmA]

Rys. 2 a) Rodzina ch-styk dla układu WE; b) dozwolony obszar pracy aktywnej tranzystora: P_l0l - dopuszczalna moc admisyjna, Icm« -naksymalny prąd kolektora, U_CTm»x - dopuszczalne napięcie kolektor-emiter (typowo 0.8x Uceo). Leo - prąd zerowy kolektora (granica jomiędzy odcięciem a zakresem aktywnym); lW.i - napięcie nasycenia - rozgranicza obszar nasycenia od aktywnego normalnego

Tranzystor jest elementem dwuzłączowym, istnieją 4 różne kombinacje znaków napięć polaryzujących złącza określające jego stany pracy.

AKTYWNY IN WERSYJNY

NASYCENIA

■zaporowy		■aktywn y
1 ZATKANIE		NORMALNY

Ube

+”

„+” polaryzacja w stan przewodzenia polaryzacja w stanie zaporowym

Rys. 3 Stany pracy tranzystora bipolarnego.

Tranzystor jako element trój końcówkowy, musi mieć jedną z końcówek wspólną dla sygnału wejściowego i wyjściowego. Daje to 3! możliwych kombinacji, aby uzyskać wzmocnienie mocy (jedna z zasadniczych zalet tranzystora) jest konieczne by baza była jedną z końcówek wejściowych a kolektor jedną z wyjściowych. Ogranicza to ilość użytecznych kombinacji do trzech,

WE

WE

WY

Wspólny kolektor

Wspólny emiter

Rys. 4 Układy pracy tranzystora bipolarnego.

WE

Wspólna baza

Prądy zerowe: Przy polaryzacji zaporowej któregokolwiek ze złącz tranzystora płyną przez to złącze prądy wsteczne określane często w tym przypadku prądami zerowymi. Największe wartości osiąga prąd zerowy pomiędzy zaciskami kolektora i emitera Icf.o (zaporowo spolaryzowane złącze BC) przy rozwartym zacisku bazy

Iebo

^—©

WE

• U

+

WY -

- | WE | WY

Rys. 5 Układy pomiarowe prądów zerowych, Pomiędzy wartościami prądów zachodzi relacja: IcrxY^>IcER^>Icw^>lc«a

Przebicie tranzystora Dla złącza kolektorowego określane jest napięcie przebicia Ucdo przy rozwartym emiterze (rzędu co najmniej kilkudziesięciu woltów - przebicie o charakterze lawinowym z uwagi na słabsze domieszkowanie obszaru kolektora) Dla złącza emiterowego określane jest napięcie przebicia Uppn przy rozwartym kolektorze (przebicie o charakterze Zenera - emiter silnie domieszkowany, napięcie przebicia poniżej 7 V). W tranzystorze może też wystąpić zjawisko tzw. przebicia skrośnego - zanim natężenie pola eklektycznego w warstwie zaporowej osiągnie wartość krytyczną cały obszar neutralny bazy może zostać zajęty przez warstwę zaporową złącza BC. Innym efektem jest tzw. przebicie wtórne związane z przepływem przez strukturę zbyt dużego prądu

Praca tranzystora w układzie wzmacniacza WE

Impedancja wejściowa

^ul

Tranzystor jako czwómik liniowy

“12

|U₂

—o

Rys. 6 Tranzystor jako czwómik.

_ _l_ ^U2

_ii

‘i

= 'jL °2

Współczynnik oddziaływania zwrotnego

Współczynnik wzmocnienia prądowego

u->=0

Admitancja wyjściowa